АРХИМЕД О СПИРАЛЯХ «ОТНОСЯЩИХСЯ К ДРУГОМУ РОДУ ПРОБЛЕМ»
Хотя мы и ограничены утратой письменных работ Архимеда, мы к счастью, все еще располагаем его трактатом «О Спиралях». Эта работа, в дополнение к представленным 28 предложениям, также содержит дальнейшие определения того, что возможно неожиданно, включает расстояние, площадь и множественные круговые движения в этом явном контексте, то есть:
1) Если на плоскости проведена прямая линия, которая сохраняя один конец неподвижным и вращаясь с одинаковой скоростью, любое число раз вернется в исходное положение, и если одновременно с вращением этой линии какая-нибудь точка будет с постоянной скоростью перемещаться по этой прямой, начиная движение из неподвижного конца, то эта точка опишет на плоскости спираль.
2) Конец прямой, остающийся при ее вращении неподвижным, назовем началом спирали.
3) Положение линии, от которой рассматриваемая прямая начала вращаться, назовем началом вращения.
4) Расстояние, которое в течение первого оборота пройдет точка, движущаяся по прямой, назовем первой прямой, а то, которое та же точка пройдет в течение второго оборота, назовем второй прямой; подобным же образом назовем и все остальные одинаковыми именами с соответствующими оборотами.
5) Площадь же, заключенную между спиралью, описанной при первом обороте, и той прямой, которая является первой, будем называть первой площадью; заключенную между спиралью, описанной при втором обороте, и второй прямой, мы назовем второй, и подобно все последующие.
6) И если из точки, являющейся началом спирали провести какую-либо прямую линию, то все, что находится с той стороны прямой, в которую происходит вращение, мы будем называть передним, что же находится с другой стороны – задним.
7) Круг, описанный из той точки, которая является началом спирали, как из центра, радиусом, равным первой прямой, будем называть первым кругом, описанный из того же центра вдвое большим радиусом, будем называть вторым, и таким же образом будем называть все за ним следующие.
Хотя Архимед, кажется, оперирует общими понятиями, тем не менее, в этой работе есть намек на что-то еще, что указано в примечаниях Досифею, поскольку после описания его работы о спиралях он представляет дополнительный набор положений, отмечая что: «После этого появились следующие предложения о спирали, которые в некотором смысле являются другим родом проблем, не имея ничего общего с предыдущими. И я привел их доказательства для вас в этой книге».
И здесь читателей просят вспомнить положения одной третьей и двух третьих на спирали, описанной ранее.
Таким образом, Архимед далее утверждает:
«Архимед приветствует Досифея. «Из наибольшего количества теорем, которые я послал Конону, и из тех, доказательства которых вы время от времени просите меня прислать вам, доказательства уже находятся перед вами в книгах, которые передал вам Гераклид. И некоторые дополнительно также содержатся в книге, что я сейчас отправляю вам. Не удивляйтесь, что мне потребовалось некоторое время перед публикацией этих доказательств. Это было вызвано моим желанием довести их сначала до лиц, участвующих в математических исследованиях и стремящихся разрешить их. Ведь сколько геометрических теорем, которые сначала казались неразрешимыми, со временем успешно разрешены!»
Дальнейшие описания приложены Аристотелем, который затем утверждает:
«После этого появились следующие предложения о спирали, которые в некотором смысле являются другим родом проблем, не имея ничего общего с предыдущими. И я привел их доказательства для вас в этой книге. Эти предложения таковы:
Если какая-нибудь прямая в плоскости, равномерно вращаясь вокруг одного своего конца, удерживаемого неподвижным, вернется опять в исходное положение, и одновременно по вращающейся прямой равномерно движется некоторая точка, выходя из неподвижного конца, то эта точка на упомянутой плоскости опишет спираль.
Я утверждаю, что площадь, заключенная между этой спиралью и прямой, вернувшейся в исходное положение, будет третьей частью круга, описанного из неподвижной точки, как из центра, радиусом, равным части прямой, пройденной движущейся точкой в течение одного оборота этой прямой.
И если какая-нибудь прямая касается спирали в самой крайней ее точке, а другая прямая, перпендикулярная к вращающейся и вернувшейся в исходное положение прямой, проведена из неподвижного ее конца до пересечения с касательной, то я утверждаю, что эта проведенная (до касательной) прямая будет равна окружности упомянутого круга (см. рис.16).
И если вращающаяся прямая с движущейся по ней точкой сделает несколько оборотов и опять вернется в исходное положение, то я утверждаю, что по отношению к площади, прибавившейся при описании второго оборота спирали, площадь, прибавившаяся при третьем обороте, будет вдвое больше, прибавившая при четвертом - втрое, при пятом – вчетверо больше, и во всех последующих оборотах прибавившиеся площади будут всегда больше площади, прибавившейся при втором обороте, в число раз соответственно ряду последовательных чисел, а площадь, описанная при первом обороте, будет шестой частью площади, прибавившейся во втором обороте.
И если на части спирали, описанной в течение одного оборота, взять две точки, соединить их прямыми с неподвижным концом вращающейся прямой линии, из неподвижной точки, как из центра, описать два круга с радиусами, равными этим соединяющим с неподвижным концом прямым, и меньшую из этих соединяющих продолжить, то я утверждаю, что площадь, ограниченная дугой большего круга, находящейся между упомянутыми прямыми с той же стороны, что и спираль, затем самой спиралью и продолжением соединяющей прямой, будет иметь такое же отношение к площади, ограниченной дугой меньшего круга, той же самой частью спирали и соединяющей их концы прямой, какое радиус меньшего круга вместе с двумя третьими разности радиусов большего и меньшего кругов, имеют к радиусу меньшего круга вместе с одной третью упомянутой разности (см. рис.30).
В этой книге я даю доказательства этих и некоторых других предложений относительно спирали; при этом, как делается и в других геометрических сочинениях, предварительно излагаются нужные для их доказательства предложения. При этом из лемм, находящихся в ранее изданных книгах, я и здесь пользуюсь следующей:
Если имеются две неравные прямые или площади, то, прибавляя к себе самой разность, на которую большая превосходит меньшую, можно превзойти всякую наперед заданную величину из тех, которые могут иметь друг к другу отношение». (Архимед. Сочинения, Москва, 1962, перевод арабских текстов Розенфельда).
Не вдаваясь в детали, мы, тем не менее, получаем первоначальный намек из информации, представленной Архимедом, что «площадь, ограниченная спиралью в первом обороте является шестой частью того, что добавлено вторым оборотом». Проще говоря, если первая площадь является 1 (то есть, единица), тогда вторая площадь будет 6, третья 12, четвертая 18 и так далее. В соответствии с Архимедом: «обычно площадь, добавленная в последних оборотах будет кратной тому, что добавлено вторым оборотом, в соответствии с последовательными числами». Таким образом, площади увеличиваются последовательным расширением на 6.
Но что тогда делать с равноугольной периодной спиралью, полученной в предыдущих разделах, которая имеет отношение ко времени и последовательным гелиоцентрическим кругооборотам? Так как обороты в последней также происходят в соответствии с фиксированным приращением, то есть на фундаментальную периодную константу, связанную с равноугольным квадратом и конструкцией самой спирали – Фи2, мы также можем получить последовательные «площади» из соответствующих периодов (как «радиусы») из планетарной структуры Фи-серии. И если так поступить, «площади» относящиеся к планетарным положениям, также расширяются единообразно – не на 6, как дано у Архимеда, но вместо этого с постоянным фактором 6.854101966 (Фи4), таким образом 6 может рассматриваться (или возможно нет) как упрощенное приближение к последнему. Но, однако, глядя на это, число «6» является несомненно важным в пифагорейских контекстах, в то же время такое же значение, похоже придавалось – прямо или косвенно – числам 6, 12 и 18, Платоном в «Послезаконии», в «Тимее» и других работах.
И здесь мы также можем напомнить, что по отношению к равноугольной периодной спирали (с заметными исключениями), гелиоцентрические расстояния приходятся на точки 60 и 300 градусов, таким образом, деление на 6 также черта, присущая базовой конфигурации.
Так на что в действительности здесь ссылался Архимед? Вряд ли это может быть определенным на этом этапе, но из того, что мы видели ранее, можно начать подозревать, что эти, кажущиеся простыми действия. не являются ни нумерологией, ни примитивной математикой, но чем-то совершенно иным.
Вполне может быть, что это не вполне обычная практика рассмотрения времени в радиальной (лучевой) форме, как таковой. Но тогда снова, мы также не привыкли работать с таким всеохватывающим сложным образованием как эта отдельная равноугольная спираль.
Но если в этом контексте мы имеем дело не с нумерологией и элементарной математикой, тогда с чем мы имеем дело? Возможно, слишком рано делать окончательные выводы, но это все больше и больше начинает выглядеть как очень сжатая, достаточная (компетентная) методология, облеченная в обезоруживающе простые термины.